一种数字称重仪表的制作方法
【专利摘要】本发明涉及称重计量【技术领域】，尤其涉及一种数字称重仪表，其包括主板、扩展板、显示操作板及箱体，箱体用于固定安装主板、扩展板和显示操作板，主板通过第一排线接口与第二排线接口分别与扩展板、显示操作板连接，主板包括MCU芯片、电源电路、外部键控电路、通讯接口电路和所述传感器信号接入采集电路，MCU芯片处理传感器信号接入采集电路传入的信号，MCU芯片控制外部键控电路、通讯接口电路，第一排线口与第二排线口分别连接在电源电路的两端，传感器信号接入采集电路还连接有模拟电阻应变式传感器和数字式称重传感器。本发明能够处理模拟信号及数字信号，同时也能够无线数传及有线数传。
【专利说明】一种数字称重仪表
【技术领域】
[0001]本发明涉及称重计量【技术领域】，尤其涉及一种数字称重仪表。
【背景技术】
[0002]根据称重仪表接入称重传感器信号类型的不同，现有技术的称重仪表分成两大类:一类是模拟信号输入的称重仪表系统，即一只或多只模拟电阻应变式传感器采用并联组秤方式与称重仪表连接，传感器输出的mV级模拟电信号通过称重仪表内部电路进行AD采集、放大、整流、滤波等处理送显或输出；另一类是数字信号输入的称重仪表系统，即一只或多只数字称重传感器通过RS485通讯方式与数字称重仪表连接，数字传感器内置AD采集电路经处理可以直接输出RS485数字信号，数字称重仪表内部没有AD采集电路，数字称重仪表接入数字传感器信号经过数字合算等处理送显或输出。
[0003]目前在称重计量领域，上述模拟信号输入的称重仪表系统已经十分普及，而数字信号输入的称重仪表系统在商贸场合的数字汽车衡、数字轨道衡中也得到了广泛应用。数字称重仪表的比较优势主要体现在:全数字和算技术代替传统的模拟和算技术，计量精度更高，故障判别直观简便，可以实现免加载标定(参数输入法)、维护维修方便快捷成本低，抗干扰能力更强等。采用数字式称重仪表系统作为核心部件的数字电子秤已经成为今后衡器产品发展的主流。然而，在工业现场生产过程控制中的工艺电子秤却少有数字称重仪表系统的应用，原因主要如下:
[0004]1.现有的用于汽车衡、轨道衡等衡器的数字传感器的型式和数字称重仪表的型式及功能接口不能满足工业现场电子秤对功能和可靠性的使用需要；同时现有用于数字电子秤的数字传感器和数字仪表之间的通讯协议是保密的，限制了数字称重仪表与数字传感器的自由组合。
[0005]2.数字传感器制作工艺繁复、投资大，加之用于工业现场工艺电子秤的称重传感器量程分布广泛、型式种类繁多，难以低成本批量生产。
[0006]3.人们普遍认为工业现场工艺秤计量精度普遍要求不很高，采用数字电子秤会导致投资成本大幅提高。实际上，工业现场的称重计量设备经常工作在高温、粉尘、强电磁干扰、冲击振动等环境中，这些称重计量设备的模拟称重传感器采集的信号(mV级模拟电压信号)经常需要长距离传输才给到称重仪表进行再次处理，信号极易受到干扰从而导致设备系统可靠性降低、工作计量失准。同时，采用模拟式称重传感器的称重计量设备还由于采用并联组秤、模拟和算的方式，造成标定困难、故障判断难和维修不便及维护成本高等诸多弊端。
[0007]现有称重仪表经常需要与无线数传模块、接收显示器等组成无线数传称重系统，称重仪表采集处理获得的称量数据无线远传，接收显示器接收该数据并进一步通讯输出和控制。市场上现有的接收显示器往往与称重仪表在型式、功能接口等设计上相差极大，通用性差，造成使用维护不便及维护成本高等诸多弊端。现有称重仪表通常都是就地按键操作，这样难以满足有些场合需要无线远程称重操作的需要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提出一种数字称重仪表，能够处理模拟信号及数字信号，同时也能够无线数传及有线数传。
[0009]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0010]一种数字称重仪表，包括主板、扩展板、显示操作板及箱体，所述箱体用于固定安装主板、扩展板和显示操作板，所述主板通过第一排线接口与第二排线接口分别与扩展板、显示操作板连接，所述主板包括MCU芯片、电源电路、外部键控电路、通讯接口电路、备用电源接口电路和所述传感器信号接入采集电路，所述MCU芯片用于处理传感器信号接入采集电路传入的信号，所述MCU芯片用于控制外部键控电路、通讯接口电路，所述第一排线口与第二排线口分别连接在电源电路的两端，所述传感器信号接入采集电路还连接有模拟电阻应变式传感器和数字式称重传感器。
[0011]优选的，所述通讯接口电路包括无线数传端口和有线数传端口。
[0012]优选的，所述扩展板包括第三排线口、编码器信号采集接口电路、开关量输出接口电路、模拟变送输出接口电路、模拟量输入接口电路及开关量输入接口电路，各电路分别与第三排线口电连，所述第三排线口与第一排线口电连。
[0013]优选的，所述显示操作板设有第四排线口，所述第四排线口分别于键盘、指示灯、显示器电连，所述第四排线口与第二排线口电连。
[0014]优选的，所述显示器包括LED点阵主显示器和LED数码管副显示器。
[0015]优选的，所述主板上还连接有蜂鸣器和时钟电路用以报警和显示时间日期。
[0016]优选的，所述传感器信号接入采集电路包括转换开关、AD采集电路和RS485数字接口电路，所述转换开关用于AD采集电路和RS485数字接口电路之间的转换。
[0017]优选的，所述外部键控电路设置有拨码开关用于切换操作方式。
[0018]优选的，所述主板I还包括备用电源接口电路16，所述备用电源接口电路16提供直流5V和直流12V电源，可以选择为无线数传电台、微型打印机等外围设备直接供电。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]本发明所述传感器信号接入采集电路能够接入模拟式和数字式传感器，并对不同的传感器信号进行传输处理；所述的主板的外部键控电路设置有拨码开关，能够方便选择切换就地操作还是远程遥控操作；所述通讯接口电路能够实现无线数传与有线数传的转换。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明具体实施例提供的数字称重仪表的内部电路结构示意图；
[0022]图2是本发明具体实施例提供的数字称重仪表的结构示意图；
[0023]图3是本发明具体实施例二提供的数字称重仪表的操作板结构示意图。
[0024]图中:
[0025]1、主板；2、扩展板；3、操作板；4、箱体；5、第一排线口 ；6、第二排线口 ；7、第三排线口 ；8、第四排线口 ；11、电源电路；12、MCU芯片；13、传感器信号接入采集电路；14、外部键控电路；15、通讯接口电路；16、备用电源接口电路；17、时钟电路；18、蜂鸣器；131、转换开关；132、AD采集电路；133、RS485数字接口电路；21、编码器信号采集接口电路；22、开关量输出接口电路；23、模拟变送输出接口电路；24、开关量输入接口电路；25、模拟量输入接口电路；31、键盘；32、显示器；33、指示灯；321、LED点阵主显示器；322、LED数码管副显示器。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
[0027]实施例一
[0028]如图1、2所示，本实施例提供了一种数字称重仪表，包括主板1、扩展板2、显示操作板3及箱体4，所述箱体4用于固定安装主板1、扩展板2和显示操作板3，主板I和扩展板2分别插装在机箱4内部下层和上层卡槽内，主板I和扩展板2的输入输出端子排穿过机箱4后封板开孔对应引出并标识。
[0029]所述主板I通过第一排线接口 5与第二排线接口 6分别与扩展板2、显示操作板3连接，所述主板包括MCU芯片12、电源电路11、外部键控电路14、通讯接口电路15和所述传感器信号接入采集电路13，所述MCU芯片12用于处理传感器信号接入采集电路13传入的信号，所述MCU芯片12用于控制外部键控电路14、通讯接口电路15，所述第一排线口 5与第二排线口 6分别连接在电源电路11的两端，所述传感器信号接入采集电路13还连接有模拟电阻应变式传感器和数字式称重传感器。
[0030]于本实施例中所述电源电路11是采用三端离线式脉宽调制器件(TOP224)和高频变压器组成的开关电源，高频变压器初级为220V交流输入，次级共五路经整流稳压后分别给主板1、扩展板2和显示操作板3供电；所述的主板的MCU芯片12采用基于ARM内核32位微控制器或者采用AVR嵌入式RISC处理器。
[0031]于本实施例中所述通讯接口电路15包括两路RS232通讯接口、两路RS485通讯接口，两路RS232通讯接口可以选择设置与大屏幕显示器、计算机、串行打印机连接通讯；两路RS485通讯接口可以选择设置与无线数传电台、RFID读卡器连接通讯，或者选择与上位机查询方式进行数据交换。
[0032]所述传感器信号接入采集电路13包括转换开关131、AD采集电路132和RS485数字接口电路133，所述的主板I的传感器信号接入采集电路13是通过转换开关131进行选通的两个相互独立的电路，其中一个电路为AD采集电路132，采用ADS1232转换器，它是具有双通道模拟信号输入的24位Σ-Λ桥式传感器ADC，每个通道都可以驱动至少8只350欧姆模拟式称重传感器，各通道信号分别处理后送往MCU;另一个电路为RS485数字接口电路133，该电路能够接入数字称重传感器，信号处理后送往MCU芯片12。
[0033]实施例二
[0034]在实施例一的基础上，如图2所示，所述主板I上还连接有蜂鸣器18和时钟电路17用以报警和显示时间日期；所述扩展板2包括第三排线口 7、编码器信号采集接口电路21、开关量输出接口电路22、模拟变送输出接口电路23、模拟量输入接口电路25及开关量输入接口电路24，各电路电连第三排线口 7，所述第三排线口 7与第一排线口 5电连；所述开关量输出接口电路21设置四个DC5?24V继电器，常开触点和常闭触点可选，可设计为定值控制输出或者报警输出；所述模拟变送输出接口 23电路设置两路相互隔离的4-20mA输出，以实现数据远传；所述开关量输入接口电路24能够接入六路开关量信号；所述模拟量输入接口电路25能够接入一路4?20mA模拟量输入信号。
[0035]所述编码器信号采集接口电路21可以接入编码器，对接入信号A相和B相转换送往MCU进一步处理，从而识别编码器连接设备的转动方向(正转或反转)以及转速达到测速的目的；能够实现专门针对天车电子秤准确称重计量的重量自动补偿功能。在天车吊钩升降期间，原缠绕在卷筒中的钢丝绳放长或原在空中现要收回至卷筒中时会把钢丝绳重量增加(放出状态下)或减少(收回状态下)到被称物的重量中去，因而被安装在定滑轮轴端的称重传感器所检测，这个增加或减少的重量就是附加称重误差；附加称重误差产生的大小与卷筒的转动圈数有关，而钢丝绳作用到被称物上的附加重量是增加还是减少与卷筒的转动方向有关。为从根本上消除这一误差，可以在卷筒轴端中心安装一多圈旋转编码器来检测卷筒的转数及方向，将检测信号通过电缆传送给称重仪表进行处理和补偿。
[0036]称重仪表软件上具有钢丝绳补偿模式“关闭”或“启动”选项和“内码显示方式”或“编码器显示方式”选项，旋转编码器每码等效为实际多少钢丝绳重量可以通过已经用砝码或标准替代物标定过的称重仪表上测得。测量钢丝绳重量时，先关闭钢丝绳补偿模式、选定内码显示方式并取消零点跟踪功能，在吊钩下降或上升前在称重仪表上按“置零”键使显示器显示零，然后让吊钩从最高点往下降，或从最低点往上升，称重仪表显示的就是下降时或上升时的钢丝绳实际测得重量值。再将称重仪表选定编码器显示方式，将吊钩下降或上升在前述同样高度位置上，从称重仪表显示器得到从最高点到最低点的编码值，将测得钢丝绳重量除以这个编码值，就能通过计算得出单个编码重量值，单个编码重量值确定后，在称重仪表上启动编码器补偿模式后就能进行附加误差的补偿:当吊钩上升钢丝绳往卷筒中收起卷入时，作用到称重传感器的重量越来越小，为保持称重仪表显示值不变，根据编码器测到的数据经内部运算进行加法补偿；反之当吊钩下降时钢丝绳从卷筒中放出，作用到传感器的重量越来越大，此时为了保持称重仪表示值不变，根据编码器测到的数据经内部运算进行减法补偿。如此经过附加误差补偿的电子天车秤，克服了要求吊钩必须处在等高位置的前提下进行称重计量的局限性，很好地实现了称重计量准确、方便和快捷。
[0037]于本实施例中，作为优选方案所述显示操作板设有第四排线口 8，所述第四排线口8分别与键盘31、指示灯33、显示器32电连，所述第四排线口 8与第二排线口 6电连；如图3所示，所述显示器32为双窗口显示器，以适应多任务多信息内容显示，其中一个为LED点阵主显示器321，另一个为LED数码管副显示器322 ;其中LED点阵主显示器321为八位5*7点阵高亮红色LED，显示实时称重数据，LED数码管副显示器322为六位高亮LED，可以选择显示时间、设定值、流量等信息；所述指示灯33用于状态指示和报警指示，指示灯33数量为五个，分别进行运行、净重、零位、稳定和报警等状态指示；所述键盘31设置为多个轻触薄膜按键，用于仪表参数设置、调校以及称重操作，轻触薄膜开关按键数量为六个，分别为菜单/退出键、确认/打印键、清除/向左键、去皮/向右键、累计/上翻键、置零/下翻键，用于参数设置、标定等操作。
[0038]优选的，所述外部键控电路14设置有拨码开关用于切换操作方式；拨码开关能够方便选择切换是就地操作还是远程遥控操作，选择就地操作模式时电路直接与显示操作板3的键盘3.1接通，选择远程遥控操作模式时电路可以与外加的无线遥控开关接通。对于桥式起重机或铝业多功能机组上安装的电子秤，仪表就地操作往往极不方便，本实施例中选用带远程遥控操作模式时数字称重仪表，键控电路14接入一个六键无线遥控开关，仪表操作人员就可远离仪表端通过多键无线遥控器就可以方便对仪表远程操作，包括参数设置、仪表标定调校、去皮清除清零累加打印等。
[0039]本实施例中还设置有继电器输出接口电路和开关量输出接口电路22及开关量输入接口电路24相连，可实现超载报警和安全控制功能。参见图1，本发明的主板I上设置有SOdB以上的蜂鸣器18、显示操作板3上设置有状态及报警指示灯33、扩展板2上设置有开关量输出接口电路22 (其中三个继电器选择为常闭触点)，按照国家质量监督检验检疫总局颁布的GB12602-90《起重机械超载保护装置安全技术规范》要求，桥式起重机、门式起重机等起重设备必须设计和安装起重量限制器，其主要功能要求是预报警(额定起重量的90%发出声光报警)、延时报警(额定起重量的105%持续发出声光报警，延时3-5秒继电器动作，切断起升电源)和立即报警(额定起重量的130%继电器立即动作，切断起升电源)，起重量限制器的精度要求是显示精度< 5% F.S，动作误差< 3% F.S(满负荷)。本实施例中的数字称重仪表用于天车称重计量时，既能够实现准确称重，还能够实现前述起重量限制器的功能要求和精度要求，避免了再另行安装起重量限制器引起的浪费。
[0040]于本实施例中，作为优选方案，所述主板I还包括备用电源接口电路16，所述备用电源接口电路16包括直流5V和直流12V电源接口，可以选择为无线数传电台、微型打印机等外围设备直接供电。
[0041]为了适应工业现场普遍的无线数传应用方案，本发明的数字称重仪表内部软件设置有“称重仪表模式”和“接收显示器模式”，这样就可以将两台仪表一个设置为称重仪表模式(作称重仪表用)、另一个设置为接收显示器模式(作接收显示器用)，通过与无线数传电台配套使用，从而组成无线数传称重系统，极大拓展了应用场合。
[0042]为方便用户进行技术产品升级、减少技改投入和尽可能避免设备系统全新替换，本实施例中的通讯接口 15为RS232和RS485通讯接口，有多种通讯协议可选择，包括通用的MODBUS RTU协议、梅特勒-托利多仪表通讯协议、上海耀华仪表通讯协议、宁波柯力仪表通讯协议等。客户只需要更换旧有仪表并将更新的仪表通讯协议设置与原协议相同即可。
[0043]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种数字称重仪表，包括主板(1)、扩展板(2)、显示操作板(3)及箱体(4)，所述箱体(4)用于固定安装主板(1)、扩展板(2)和显示操作板(3)，所述主板(I)通过第一排线接口(5)与第二排线接口(6)分别与扩展板(2)、显示操作板(3)连接，其特征在于:所述主板(I)包括MCU芯片(12)、电源电路(11)、外部键控电路(14)、通讯接口电路(15)和所述传感器信号接入采集电路(13);所述MCU芯片(12)用于处理传感器信号接入采集电路(13)传入的信号，所述MCU芯片(12)用于控制外部键控电路(14)、通讯接口电路(15)，所述第一排线口(5)与第二排线口(6)分别连接在电源电路(11)的两端，所述传感器信号接入采集电路(13)还连接有模拟电阻应变式传感器和数字式称重传感器。
2.根据权利要求1所述的数字称重仪表，其特征在于:所述通讯接口电路(15)包括无线数传端口和有线数传端口。
3.根据权利要求1所述的数字称重仪表，其特征在于:所述扩展板(2)包括第三排线口(7)、编码器信号采集接口电路(21)、开关量输出接口电路(22)、模拟变送输出接口电路(23)、模拟量输入接口电路(25)及开关量输入接口电路(24)，各电路分别与第三排线口(7)电连，所述第三排线口(7)与第一排线口(5)电连。
4.根据权利要求1所述的数字称重仪表，其特征在于:所述显示操作板设有第四排线口(8)，所述第四排线口⑶分别于键盘(31)、指示灯(33)、显示器(32)电连，所述第四排线口(8)与第二排线口(6)电连。
5.根据权利要求4所述的数字称重仪表，其特征在于:所述显示器(32)包括LED点阵主显示器(321)和LED数码管副显示器(322)。
6.根据权利要求1所述的数字称重仪表，其特征在于:所述主板(I)上还连接有蜂鸣器(18)和时钟电路(17)用以报警和显示时间日期。
7.根据权利要求1所述的数字称重仪表，其特征在于:所述传感器信号接入采集电路(13)包括转换开关(131)、AD采集电路(132)和RS485数字接口电路(133)，所述转换开关(131)用于AD采集电路(132)和RS485数字接口电路(133)之间的转换。
8.根据权利要求1所述的数字称重仪表，其特征在于:所述外部键控电路(14)设置有拨码开关，用于切换操作方式。
9.根据权利要求1所述的数字称重仪表，其特征在于:所述主板I还包括备用电源接口电路16，所述备用电源接口电路16提供直流5V和直流12V电源，可以选择为无线数传电台、微型打印机等外围设备直接供电。
【文档编号】G01G3/147GK104501920SQ201410781358
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】高树红, 朱新民, 高宇航, 高术军, 王宏翔 申请人:承德市中瑞自动化工程有限公司